汽車CAN總線系統教學平臺設計與應用

羅龍飛　馮亞磊

摘要：為解決汽車維修中的難題—汽車CAN總線系統故障診斷與排除，本文提出了基于Visual C+語言的汽車CAN總線系統教學輔助平臺的開發方案，著重介紹了該平臺的組成架構、功能模塊，同時開發了相關的課程資源，并對該系統在維修實踐教學中的效果進行了分析和總結。

關鍵詞：CAN總線；教學平臺；課程資源

中圖分類號：V4729-4文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.09.062

0引言

計算機及其網絡技術在車輛上的大量應用，無疑對車輛維修保養從業人員提出了新的技術要求，增添了學生在校學習的難度。我國的汽車工業在快速發展的同時，汽車維修實訓教學設備卻一直緩慢發展，滿足不了培養與提高學生技能的要求。雖然CAN總線技術已經廣泛應用，但相關的維修資料和教學素材只是一般介紹和理論講解，有關總線技術的單片機、編程、網絡基礎等課程尚未形成體系。國內教學儀器公司生產的CAN總線系統的整車和檢測診斷設備，只能剖析結構組成和演示工作過程，根本無法進行運行狀況和數據流顯示等教學要求。因此，我校決定聯合廣州車拉夫汽車科技有限公司，研發基于單片機和組態軟件為基礎的可視化汽車CAN總線系統教學輔助平臺。

1教學平臺實物的設計

我們采用一汽大眾邁騰車窗和門鎖系統的電器元件為基礎，搭建簡化的舒適系統CAN總線網絡臺架。實物平臺由四部分組成：顯示部件、面板裝置、主控裝置和檢測裝置。

面板裝置安裝有左前門鎖、左后門鎖、右后門鎖、左前車門控制器、左后車門控制器、右后車門控制器以及左前、左后、右后門窗電機等原車器件，在面板上有線路測試端口，能夠進行數據波形測試，車門控制器上面的串行數據端口能夠擴展節點數量。

顯示裝置采用RS-485總線與全局網絡進行通信，監控軟件顯示屏能以各種各樣的組態方法展現豐富的操作界面和觸摸式的操作方式，實現測控系統整個軟硬件接口的數據收發，并將其呈現在屏幕上。

控制裝置采用組從式結構，能依照線路線束的布置需求便捷的增加輸入輸出設備，以求能夠達到設置電氣線路故障數量的目的。采集車速、點火開關、碰撞等數據信號發送到上位機，組態系統接收到這些數據后，將把車窗、門鎖實驗臺的工作情況動態呈現出來。

檢測裝置具有CAN-BUS標準端口，內含自診斷功能模塊，連接故障診斷儀后，可以進行故障碼、數據流讀取、編碼匹配、激活元件等功能。

2開發課程資源，破解教學難題

開發組總共調研了十幾家車輛維修公司和有關部門，通過與一線人員的座談交流、訪問、問卷調查等方式開展研究調查，并多次組織專業委員會成員一起開會討論，結合往屆學生反饋情況，確定了本門課就業職位的技能素質規格。

邀請企業技術人員和相關老師，對車輛維修企業廣泛使用的車載網絡總線診斷與修理工藝進行分析，制定出車載網絡系統的核心驅動項目和任務工單。

同時我們依據職位對理論、技能和素養要求，明確了本課程學習目標，將汽車單片機、汽車車身網絡總線系統故障的檢修作為學生核心技能訓練標準，還要加強以學生為主體的全面職業能力的培養，和團隊協作共同完成集體工作的素質。

以完成工作過程、符合學生學習的認知規律為依據，對課程內容重構、選取維修實例、職業資格考核內容等。既滿足了社會對相關人才的需求，又能夠讓學生的個性得到充分的發展。

本課程主要學習以下內容：

（1）車載電腦組成、元件認識；

（2）車載電腦控制原理；

（3）車載電腦的檢修；

（4）汽車CAN-BUS總線系統組成、原理與故障檢修；

（5）LIN網絡及其它總線系統組成、工作原理與故障檢修；

（6）常用診斷儀器設備及維修保養工具的使用；

（7）有關技術參考資料、技術標準的選用。

另外，在掌握主流車載網絡系統常見故障現象的基礎上，進行歸納、序化、整合，設計了7個學習任務，按照90課時講授。

任務1：單片機電路檢修

任務2：汽車電腦通信故障檢修

任務3：汽車電腦檢修

任務4 典型汽車電腦版檢修

任務5：車載CAN-BUS網絡系統檢修

任務6：LIN總線及其總線系統檢修

任務7：典型車載網絡故障診斷與維修

學習任務的設計特點：凸顯了以工作過程為導向的思想，將職業工作作為一個整體化的行動過程進行分析，將所學知識與技能融合為一體，任務工單內容的選擇，充分彰顯了實用性、先進性、趣味性和可操作性，同時在學習的實施中，也考慮對學生職業能力的培養，促進職業素養的形成。

3可實現的教學功能

3.1車窗門鎖CAN總線控制系統認知教學

實物平臺集成了汽車車窗電機、門鎖控制器、車門控制器等各部件，能夠模擬車窗升降、門鎖開關的動作，直觀呈現點火開關、車速、碰撞等信號傳送過程；CAN總線系統線路連接和各節點硬件電路的設置，讓初學者生動形象了解控制系統的結構。

3.2車窗門鎖系統數據采集與分析教學

便于測量總線系統各節點的數據信號及波形，開展教學分析；將計算機與CAN-BUS實驗臺連接，可通過計算機觀察CAN信息的傳遞過程，能開展CAN系統的正常狀態與故障狀態下高低信號和睡眠狀態的波形分析，并提取數據進行分析，發送命令。

3.3編程教學

采用學生了解的51單片機作為控制芯片，能夠在PC機上采用C語言編寫CAN總線教學平臺各節點控制器的程序，完成不同的控制指令，提升初學者獨自編程調試能力，又能讓學習者從軟件系統方面深入了解CAN總線通訊的實質。endprint

3.4故障設置與排除教學

配置單片機故障設置系統，故障設置操作方法簡單、隱蔽、自動保存考核成績。

4教學效果評價

（1）驗證了新模式在教學實踐上能夠實現， 能達到本課程學習的任務目標， 達到在工單引導下的學習， 從而實現了學習過程與工作過程、理論知識與實踐知識一體化的教學。

（2）探究了以自我評價為主的評價反饋方法。目前普遍存在的問題是： 以師評為主的傳統評價方法根深蒂固， 學生責任心不強、職業意識不濃、沒有進行過實質性的自我評價。此次改革針對以上存在的問題， 找到了一個以老師引導加評價可信度機制相組合的新型自評辦法。

（3） 新實驗設備的教學實施， 使學生學習積極性和興趣愛好得到較大提升。同學們從要我學轉變為我要學，學習有了方向， 開始自己搜集學習素材， 小組學習氛圍濃厚， 學習效果比變革前有明顯提升。

5結論

結合實際使用。基于監控軟件的可視化教學實訓系統，具有如下幾個特征：

（1）美觀、直觀性。因為將涉及到的實訓電路圖重新進行了整合，以圖形化的方式呈現出來，所以學生理解掌握起來更加容易，導航及控制滿足一般軟件的需求。

（2）教學性。利用可視化教學平臺系統，學習者都能在課上課下通過自學，完成對相關的知識和能力的培養及鍛煉，實踐起來操作性較強。

（3）功能性、實用性。能達到人與機器良好互動、情景化授課。使原先的被動學習轉為主動練習。使老師、學生、系統融為一體，架設起“教—學”、“理論—實踐”的多元化授課新模式。

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